高强箍筋约束超高性能混凝土柱轴压性能

通过5根高强箍筋约束超高性能混凝土(Ultra high performance concrete,UHPC)柱及4根普通箍筋约束UHPC柱的轴心受压试验,对其承载力、破坏形态、钢筋应变及应力-应变曲线进行了研究,并结合延性、韧性指数分析了体积配箍率、箍筋强度、箍筋间距及形式对约束UHPC轴压性能的影响。结果表明:所有约束柱均表现为延性破坏,高强箍筋可减轻约束UHPC的破坏程度;高体积率、小间距、形式复杂的高强箍筋约束UHPC,约束效率高,承载力及变形能力提高显著,轴压性能较理想;体积配箍率对轴压性能的影响程度大于箍筋强度;影响体积配箍率变化的因素中,箍筋间距对改善约束性能的贡献最大,依次是箍筋形式和直径;高强箍筋可有效约束UHPC,在提高约束UHPC强度、变形性能及残余承载力方面明显优于普通箍筋;纵筋微曲会加速保护层剥离,密配高强箍筋能有效延迟纵筋屈曲,显著提高约束性能;纵筋微曲会削弱高强箍筋对核心UHPC的约束效果,建议采用高强纵筋与高强箍筋组合。在试验的基础上给出了能较准确预测箍筋约束UHPC柱承载力的计算式。      

高强钢筋约束超高性能混凝土柱轴心受压本构模型研究

约束超高性能混凝土（ultra high performance concrete,UHPC）轴压本构模型是进行UHPC柱结构设计和非线性分析的基础。该文对9根箍筋约束UHPC柱的应力-应变关系进行了研究,结果表明:UHPC宜采用高强箍筋约束且适配性良好,与普通箍筋相比高强箍筋可较好的提高约束UHPC强度及变形能力;高体积率、小间距、形式复杂的高强箍筋的约束效果良好;高强箍筋在约束UHPC峰值应力时不一定屈服,取屈服强度计算峰值时高强箍筋的约束应力,会高估其对峰值应力的提高程度。基于Ottosen破坏准则推导了约束UHPC峰值应力计算式,给出了峰值应变、峰值应力时高强箍筋应力取值计算式;建立了约束UHPC轴压本构模型,并与几种典型的约束本构进行了对比,表明所建立的本构与试验曲线吻合度较高。     

高强箍筋约束高强混凝土轴心受压本构关系研究

约束混凝土是克服高强混凝土脆性的重要措施,采用高强箍筋约束能够有效的改善受压构件的力学性能。同时,约束混凝土的本构关系是结构非线性分析的基础,本构关系的选取对计算结果的合理性有显著影响。该文基于多组高强箍筋约束高强混凝土轴压试验数据,提出了改进的约束混凝土本构模型,分析了高强箍筋应力的发挥水平,给出了约束混凝土峰值应力、峰值应变和极限应变的计算公式。计算结果表明建议的本构模型与试验曲线符合较好。该模型可用于高强箍筋约束混凝土构件的非线性分析。     

箍筋约束混凝土圆柱轴压强度尺寸效应律

钢筋混凝土构件的破坏模式与机制区别并远复杂于混凝土材料,采用混凝土材料层面的尺寸效应理论与公式来描述钢筋混凝土构件破坏的尺寸效应行为是值得商榷的。另外,混凝土材料尺寸效应理论公式难以反映钢筋混凝土结构构件中其他重要参数对尺寸效应的影响。以箍筋约束混凝土圆柱为研究对象来看:结合相关物理试验及数值模拟结果,凝练归纳出了影响其轴压破坏尺寸效应的主导参数——箍筋率;根据箍筋约束作用对柱轴压强度的影响机制与规律,在经典的Bažant材料层次尺寸效应律的基础上,建立了箍筋约束混凝土柱轴压强度的尺寸效应半理论-半经验公式。相关试验及模拟结果验证了该构件层次尺寸效应公式的准确性和合理性。     

钢纤维及约束钢筋改善高强混凝土单轴受压延性的试验研究

本文提出了单位体积韧性的定义及韧度比的概念，用韧度比作为混凝土单轴受压的韧性指标，并作了３８组棱柱体单轴受压试验，研究了不同钢纤维体积率，不同配箍率，不同配箍间距，不同配箍形式，不同纵筋配筋率对高强混凝土单轴受压韧性的影响。     

单轴对称十字型钢混凝土短柱轴压性能试验研究

为研究单轴对称十字型钢混凝土柱轴压性能,对9根短柱进行轴压试验,试验参数为十字型钢偏心率、混凝土强度、含钢率和配箍率。试验得到试件破坏形态、荷载-变形曲线、应变变化规律,分析了组合柱受力机理及各参数对其轴压性能的影响,基于Mander本构模型,通过划分不同的混凝土约束区,提出该组合柱轴压承载力计算方法。结果表明:试件破坏集中在纵向H型钢偏心方向远侧;型钢、纵筋、箍筋及混凝土协同工作,各种材料强度充分利用;试件轴压承载力和延性随十字型钢偏心率和箍筋间距增大而降低;混凝土强度和含钢率提高,试件轴压承载力提高,但试件延性随混凝土强度提高而显著降低;采用中国JGJ138-2016、欧洲EC4和美国ACI318-14计算的试件轴压承载力均偏低,该文提出的轴压承载力计算方法计算值与试验值吻合良好。     

网格箍筋约束混凝土柱轴压受力性能试验研究

为研究使用网格箍筋强度不同、素混凝土轴心抗压强度不同的约束混凝土的轴压受力性能,完成了39个网格箍筋约束混凝土方柱的轴心受压试验。混凝土设计强度等级为C20、C30、C40、C50,箍筋分别选用HRB335、HRB400、HRB500、HRB600钢筋,体积配箍率范围为1.0%~2.2%。试验结果表明:约束混凝土压应力达到峰值时,受压试件的约束箍筋屈服;随着配箍特征值增大,网格箍筋约束混凝土峰值压应力和峰值压应变提高幅度增大,受压应力-应变曲线下降段变缓。根据试验结果,通过回归分析获得了网格箍筋约束混凝土峰值压应力、峰值压应变的计算公式;建立了相应的轴心受压应力-应变模型,与几种具有代表性的箍筋约束混凝土应力-应变模型的对比表明,建立的模型与试验结果吻合较好;提出了约束混凝土极限压应变计算方法。     

内配圆钢管的钢骨混凝土核心柱承载性能参数分析

采用非线性有限单元法,考虑钢管对核心混凝土和箍筋对外围混凝土的约束作用,计算了内配圆钢管的钢骨混凝土核心轴压柱完整的荷载-应变曲线,详细分析了纵筋配筋率、箍筋配箍率、混凝土强度和钢骨配骨率等参数对轴压极限承载力和延性的影响,提出了使核心柱达到最佳承载和变形能力的参数范围,可直接应用于工程设计。最后根据所提出的合理参数范围推导了计算内配钢管壁厚的简化公式,从而使内配圆钢管的截面得以优化。工程实例计算表明简化公式具有良好的适用性。     

核心约束空腹式型钢混凝土柱恢复力模型研究

为了研究核心约束空腹式型钢混凝土(LSRCC)柱的恢复力模型,通过8个LSRCC柱试件的低周反复加载试验,获取了骨架曲线和滞回曲线,分析了其滞回特性;基于骨架曲线和滞回曲线特征,在弹塑性刚度、软化刚度和卸载刚度等模型特征参数的计算中,量化了型钢与螺旋箍筋的约束效应,建立了考虑型钢与螺旋箍筋复合约束作用的骨架曲线模型和恢复力模型。结果表明:核心约束空腹式型钢混凝土柱的滞回特性主要受轴压比、截面类型、螺旋箍筋配箍率和型钢间接配钢率的影响;所建议的三折线型骨架曲线模型与实测骨架曲线吻合较好,所建议的定点指向型恢复力模型与滞回曲线也较好的吻合,并且能反映不同轴压比和复合约束效应对滞回特性的影响,可为该结构的弹塑性地震反应分析提供参考。     

高强箍筋约束高强混凝土轴心受压力学性能试验研究

通过31 根高强螺旋箍筋约束高强混凝土方形截面柱的轴心受压试验,对该类型柱的破坏形态、应力-应变关系曲线等进行了研究,分析了箍筋强度、箍筋间距、箍筋形式及截面尺寸对其性能的影响。结果表明:采用高强箍筋约束是防止高强混凝土应力-应变曲线陡然下降的有效措施;箍筋间距较小、强度较高、形式较复杂的约束混凝土试件,其应力-应变曲线的下降段较为平缓,显示出良好的延性性能;体积配箍率对约束混凝土强度和延性提高程度的影响要明显大于箍筋强度,当ρ_v · f_yv相近时,高配箍率低强度箍筋试件的性能要好于低配箍率高强度箍筋试件;约束混凝土达到峰值强度时,高强箍筋并未屈服,其强度的富裕量可保证约束混凝土试件在达到极限破坏状态之前具有良好的延性性能。在该文试验的基础上,结合国内外试验数据,通过回归分析提出了高强箍筋约束高强混凝土峰值强度和极限应变的计算公式。     

钢筋混凝土长柱快速轴心受压试验与模拟研究

为了研究钢筋混凝土长柱在快速轴心受压加载下应变率和惯性效应对其性能的影响,开展了钢筋混凝土长柱快速轴心受压加载试验和动力有限元模拟研究。设计了两组共6根构件,长细比分别为12和22,快速加载试验中实测混凝土材料应变率达到10-3/s数量级。试验结果表明,与准静载相比,快速轴心受压下构件承载力及对应的轴向变形均有不同程度的提高,并且动力增大系数随长细比增大而增大。将CEB-FIB模式规范的混凝土材料动态应力-应变关系引入混凝土塑性损伤模型,在ABAQUS中建立了钢筋混凝土长柱快速轴心受压下力学性能分析的显式动力有限元模型,数值模拟结果与试验结果吻合良好。最后,运用所建立的有限元模型分析快速加载下构件承载力动力效应的形成机制。分析结果表明,构件长细比较小时其惯性效应可以忽略,动力增大系数可以主要由应变率效应来描述,随长细比增大,惯性效应对动力增大系数的贡献越来越明显,而应变率效应仍不可忽略。     

预应力钢绞线网加固钢筋混凝土柱恢复力模型研究

基于16根采用新型预应力钢绞线网张拉锚固技术加固的钢筋混凝土柱和2根对比柱在反复荷载作用下的试验结果, 进行了恢复力模型研究。结合之前相关试验研究, 确定出材料的本构关系, 建立了预应力高强钢绞线网约束加固钢筋混凝土的应力-应变关系方程;考虑构件轴力的二次矩效应, 提出了在反复荷载下预应力加固钢筋混凝土柱骨架曲线的计算方法, 建立了相应理论模型;结合Clough滞回规则, 建立了相应的恢复力模型。研究表明:对试验的材料本构关系适当简化, 通过合理的假定, 由基本的内外力平衡方程和简单的滞回规则, 可得到构件从加载到破坏全过程与试验吻合良好的骨架曲线和滞回曲线, 由此建立的恢复力模型简单、适用, 可为预应力高强钢绞线网加固钢筋混凝土柱设计和施工提供参考。     

圆铝合金管混凝土短柱轴心受压承载力研究

开展了6根圆铝合金管混凝土(简称“CFACT”)短柱的轴心受压承载力试验,套箍系数为0.57~1.26。分析了试件的破坏形态、轴压荷载-轴向应变曲线、截面横向变形系数、峰值荷载和延性。试验结果表明:CFACT轴压短柱发生鼓曲破坏或斜向剪切破坏;其表现出良好的组合效应,具有较高的承载能力与延性。利用ABAQUS有限元软件,结合该文建议的圆铝管约束混凝土的等效受压应力-应变关系和混凝土塑性损伤模型,建立了轴心受压荷载下CFACT短柱的非线性有限元分析模型,并对该模型进行了试验验证。为合理地对CFACT短柱进行设计,讨论和定义了其轴心受压承载力。采用前述有限元模型计算了不同的套箍系数、径厚比、含铝率及材料强度的27根CFACT短柱的轴压承载力。利用试验与有限元分析得到的33根短柱的轴压承载力计算出各柱的截面组合抗压强度。通过分析发现,截面组合抗压强度与混凝土轴心抗压强度之比与套箍系数存在线性关系,进而通过回归分析建立了其组合抗压强度的计算公式。     

柱中拼装RC柱施工阶段轴压性能试验研究

完成了5个柱中拼装RC柱和2个整浇RC柱的轴压性能试验,研究拼装后浇段养护时间对试件施工阶段轴压性能的影响。试验研究表明,不同施工阶段拼装RC柱轴压性能有较大差别。后浇前,拼装RC柱轴压承载力为整浇RC柱的46.2%。后浇后,拼装RC柱轴压承载力随后浇段养护时间的增加而增加,养护28 d的试件承载力为整浇RC柱的87.9%。由于上柱段锥形界面处对后浇段的楔入挤压作用,拼装RC柱后浇段发生明显的侧向膨胀,后浇段箍筋约束作用明显,试件破坏形态有明显的塑性发展过程。对拼装RC柱轴压受力机理进行了分析,提出了拼装RC柱轴压承载力计算公式,计算结果与试验吻合良好。该文成果可为装配式RC结构的工程实践提供参考。     

RC columns externally strengthened with RC jackets

In this paper the behaviour in compression of RC columns externally strengthened with concrete jacketing is analysed and a cross-section analysis of the jacketed member under axial load and bending moment is developed. The focus was to study the effect of confinement of concrete jacket on concrete core and the behaviour of compressed bars with buckling effects. Some other important aspects such as shrinkage, creep, old to new concrete surfaces and bond split effects were not included in the model because: the use of thick non-shrink grout jacket and a well-roughened surface of old-to-new concrete was supposed; long term effects were included though corrective coefficients for monolithic behaviour proposed in the literature. A preliminary validation of the model adopted was made referring to the short-term experimental data available in the literature on the compressive behaviour of RC columns strengthened with concrete jacketing. Good agreement was obtained with the available data in terms of moment-axial force domains and moment–curvature diagrams. The analysis showed the effectiveness of this reinforcing technique in improving both the strength and the ductility of RC cross-sections of columns, highlighting the importance of an accurate choice of strengthened materials (concrete grade, thickness of jacket, space and diameter of stirrups, etc.).     

钢筋混凝土柱纵筋屈曲长度简化计算模型

为研究钢筋混凝土柱在地震作用下的纵筋屈曲及影响因素,该文基于最小能量原理,提出了考虑钢筋非线性的纵筋屈曲长度简化计算模型。采用不同配筋形式的73个矩形钢筋混凝土柱,验证简化屈曲模型的可靠性,并与Dhakal和Maekawa提出的简化计算模型（D&M模型）进行对比分析。结果表明:屈曲时纵筋进入非线性,通过误差分析,纵筋等效弹性模量取0.025倍钢筋初始弹性模量;箍筋对纵筋的侧向约束可简化为线性弹簧,弹簧刚度与箍筋截面面积及配箍形式有关;简化计算模型可以较好地预测纵筋屈曲长度,预测结果明显优于D&M模型。     

Cyclic loading of laterally confined concrete columns

The behaviour under cyclic load of stub concrete columns confined laterally by a novel method of reinforcement is described. The columns were confined by an orthogonal system of steel bolts, and were loaded axially in compression in slow cycles. These were compared with similar columns loaded to failure monotonically in compression. It was found that the columns exhibited a large energy absorption and dissipation capacity. The concept of an envelope curve can be applied to the cyclic behaviour of the reinforced columns, both in terms of axial stress-strain behaviour and the development of confining pressures. The paper also deals with energy dissipation and stiffness degradation in the columns during cycling, together with the prediction of the residual strain.